毛/滌混紡織物一浴法染色工藝探究

2022-02-15 01:47:40曹秀明袁久剛范雪榮

毛紡科技 2022年1期

楊強，曹秀明，袁久剛，范雪榮

(1.生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇無錫 214122； 2.江蘇陽光集團，江蘇江陰 214426)

毛/滌混紡織物具有手感柔軟、呢面挺括、吸濕透氣等優(yōu)點，是一種深受市場歡迎的面料，常用作中高檔西裝和禮服。毛/滌混紡織物一般采用二浴法染色，即先用分散染料在高溫條件下染滌綸，經過還原清洗后再染羊毛。傳統(tǒng)的二浴法具有染色效果好、色彩鮮艷等特點，但因其染色工藝耗時長、能耗高、效率低，且容易在高溫(120～130 ℃)染滌綸時對羊毛纖維造成損傷，所以學者們逐漸把目光轉向一浴法染色[1]。相對于二浴法，一浴法染色具有生產周期短、能耗低、效率高等優(yōu)點，是一種對印染企業(yè)更為經濟有利的染色方法，同時也符合國家提倡的節(jié)能降耗，潔凈生產的政策。

國內外對毛/滌混紡織物一浴法染色的工藝也開展了多年的研究，但離實際生產應用都還有一定的差距。楊一銘等[2]探究了分散劑和載體用量對羊毛纖維沾色的影響，通過在一浴法中加入適量載體和分散劑降低了羊毛沾色的現象，染后織物的色牢度達到4級甚至4～5級。王艷童等[3]通過使用改性滌綸與羊毛同浴染色，發(fā)現改性滌綸 EDDP、ECDP比常規(guī)滌綸在相同溫度下具有更高的上染百分率，且明顯降低了羊毛的沾色現象。劉昭雪等[4]先對毛/滌混紡織物進行剝色處理提高染色性能，漂毛粉質量濃度為2 g/L。之后篩選出了ANOSET WPN 型酸性染料同分散染料一浴染色，在105～115 ℃保溫20 min，染后織物強力和色牢度等性能指標均達到優(yōu)等品標準。

對于低溫載體一浴法染色而言，由于混紡面料中不同纖維染色性能不一樣，不同染料在結構上也存在差異，導致對成品面料的同色性難以把控，且羊毛的沾色現象是造成染后織物色牢度不好的主要因素[5-6]。要想達到實際應用的目的，需要對在載體、助劑和染色工藝等多方面進行分析。本文選取了幾種市售載體和分散劑，通過對羊毛和滌綸纖維上染百分率影響的分析，篩選出了載體PEW和分散劑IS，并確定了載體、分散劑以及勻染劑SE-5的最佳用量。之后對毛/滌50/50混紡織物進行單色實驗和拼色實驗，以期研究出可達實際生產要求的最佳染色工藝，從而實驗企業(yè)的節(jié)能減耗、提高生產效率。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

織物：滌綸纖維、羊毛纖維、毛/滌50/50混紡機織物(面密度230 g/m2)。

染化料：蘭納灑脫黃2R、蘭納灑脫紅2B、蘭納灑脫灰G(亨斯邁公司)；分散黃T-GL、分散紅E-4G、分散藍E-4R(九江富達實業(yè)有限公司)；醋酸、元明粉(市售)；載體RY-705、載體RY-103(張家港瑞銳化工有限公司)；載體PEW、分散劑IS、分散劑NNO(拓納化學有限公司)；分散劑IW(廣州中萬新材料有限公司)；勻染劑SE-5(自制)。

1.2 實驗設備

J型高溫缸(無錫東洲印染機械廠)；752S紫外分光光度計(上海棱光技術有限公司)；SW-12皂洗牢度儀(常州新紡檢測儀器設備有限公司)；YG571B摩擦色牢度儀(常州新紡檢測儀器設備有限公司)；YG63汗?jié)n色牢度儀(常州新紡檢測儀器設備有限公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 染色工藝流程

2種染色方法的工藝流程如圖1、2所示：

圖1 一浴法染色工藝流程Fig.1 One-bath dyeing process

圖2 二浴法染色工藝流程Fig.2 Two-bath dyeing process

1.3.2 染色實驗

單色實驗：蘭納灑脫染料 1%(owf)，分散染料1%(owf)，元明粉 5%(owf)，pH值 4.5，載體PEW質量濃度1.5 g/L，分散劑IS質量濃度2 g/L，勻染劑SE-5質量濃度4 g/L，浴比1∶15。

拼色實驗：蘭納灑脫黃2Rx1%(owf)，蘭納灑脫紅Gx2%(owf)，蘭納灑脫灰Gx3%(owf)，分散黃T-GLy1%(owf)，分散紅E-4By2%(owf)，分散藍E-4Ry3%(owf)，元明粉 5%(owf)，pH值 4.5，載體PEW質量濃度1.5 g/L，分散劑IS質量濃度2 g/L，勻染劑SE-5質量濃度4 g/L，浴比1∶15。

1.4 性能測試

1.4.1 上染百分率的測定

采用吸光度法測試，按下式計算上染百分率E。

式中：A0為染色原液在最大吸收波長處吸光度，A1為染色殘液在最大吸收波長處吸光度。

1.4.2 色牢度的測定

耐皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》進行測定，耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》進行測定，耐汗?jié)n色牢度參照GB/T 3922—2013《紡織品色牢度試驗耐汗?jié)n色牢度》進行測定。

2 結果與討論

2.1 分散染料沾色分析

2.1.1 載體的影響

選取市售的3種載體PEW、RY-705和RY-103，按照圖1的一浴法染色工藝流程對羊毛和滌綸纖維染色，探究不同載體及其質量濃度對滌綸和羊毛纖維上染百分率的影響，測試結果如圖3、4所示。

圖3 載體對滌綸纖維上染百分率的影響Fig.3 Influence of the carrier on the dyeing percentage of polyester fiber

由圖3可知，隨著3種載體用量的增加，滌綸纖維的上染百分率不斷升高，當載體質量濃度超過1.5 g/L后，上染百分率反而出現一定程度的下降，其中PEW對滌綸纖維上染百分率的提升作用更為顯著。滌綸纖維上染百分率的提高一方面是由于載體的增塑作用，載體分子一般都比較小，容易提前一步擴散進入纖維的無定形區(qū)，降低分子間作用力，使分子鏈段更容易滑動，從而降低滌綸纖維玻璃化溫度[7]。另一方面，由于載體有增溶作用，染料分子更容易溶解和吸附在載體中，因此提高了纖維表面載體層的染料濃度和擴散濃度梯度，促進染料上染[8]。但當載體質量濃度超過1.5 g/L后，過多的載體溶解了大量的染料，導致染浴中的染料濃度降低，反而造成滌綸纖維上染百分率下降。

如圖4所示，羊毛纖維的上染百分率隨著3種載體用量的增加而逐漸減低。這是由于載體對分散染料的親和力很強，載體質量濃度的提升會使得染浴中染料的濃度降低，從而減少了羊毛纖維的沾色現象。其中載體PEW對減少羊毛纖維的沾色效果最好，但當載體質量濃度超過1.5 g/L后，染浴中過量的載體在水中形成分散相(第3相)，對分散染料增溶作用顯著[9]，導致上染百分率的下降趨勢逐漸變緩。綜合以上結果考慮，選取PEW作為一浴法染色的載體，質量濃度取1.5 g/L。

圖4 載體對羊毛纖維上染百分率的影響Fig.4 Influence of the carrier on the dyeing percentage of wool fiber

2.1.2 分散劑質量濃度的影響

選取市售的3種分散劑IS、NNO和IW，按照圖1 的一浴法染色工藝流程對羊毛和滌綸纖維染色，探究不同分散劑及其質量濃度對滌綸和羊毛纖維上染百分率的影響，測試結果如圖5、6所示。

圖5 分散劑對滌綸纖維上染百分率的影響Fig.5 Influence of dispersant on dyeing percentage of polyester fiber

圖6 分散劑對羊毛纖維上染百分率的影響Fig.6 Influence of dispersant on dyeing percentage of wool fiber

由圖5、6可知，隨著分散劑質量濃度的增加，羊毛和滌綸纖維的上染百分率都呈現出先上升后下降的趨勢，其中分散劑IS對提高滌綸纖維的上染百分率，減少羊毛纖維的沾色的效果最好。當分散劑IS質量濃度超過2 g/L后，提高染浴中染料穩(wěn)定性的作用。選取的3種分散劑都是陰離子助劑，一方面能以色散力與分散染料的疏水基結合，另一方面也能以自帶的羥基或者酚基與染料分子的氨基或羥基形成氫鍵，在染料分子外層形成一層帶負電荷的保護層，與染浴相斥，起到提高上染百分率、提高染料穩(wěn)定性的作用[10]。當分散劑過量時，其對染料的增溶作用更加顯著，從而會降低上染百分率。綜合以上結果考慮，選取IS作為分散劑，質量濃度為2 g/L。

2.1.3 勻染劑質量濃度的影響

以自制的勻染劑SE-5按照圖1的一浴法染色工藝流程對羊毛和滌綸纖維染色，探究勻染劑質量濃度對滌綸和羊毛纖維上染百分率的影響，測試結果如圖7所示。

圖7 勻染劑質量濃度對上染百分率的影響Fig.7 Influence of leveling agent dosage on fiber uptake rate

由圖7可知，滌綸纖維的上染百分率隨著勻染劑SE-5質量濃度的增加而逐漸提高，而羊毛纖維的上染百分率卻逐步降低，當SE-5質量濃度超過4 g/L后，2種纖維上染率的變化趨勢開始變緩。自制勻染劑SE-5是陰離子表面活性劑，既能有效延緩染料對纖維的上染，提高上染百分率，又能在染色不勻時起到移染的作用，避免色花產生。尤其是對于設計的一浴法染色實驗，有著極佳的促染勻染效果，能顯著提高滌綸的上染百分率且減少羊毛纖維的沾色現象。對于染后織物色牢度的提升起到很大的作用。綜合考慮，選取勻染劑SE-5質量濃度為4 g/L。

2.2 單色樣實驗

通過以上實驗確定了載體PEW、分散劑IS、勻染劑SE-5的最佳質量濃度，現以蘭納灑脫染料、分散染料對毛/滌混紡織物進行一浴法染色。按照1.3.2染色實驗設計中單色實驗分別對黃、紅、藍做單色樣染色。對染后織物進行色牢度測試，結果見表1。

表1 單色樣色牢度測試結果

由表1可知，紅、黃、藍3種單色樣的色牢度測試均在4級以上，色牢度測試結果已達到實際生產的要求。單色實驗結果表明所設計的一浴法染色工藝流程可行，在載體PEW、勻染劑SE-5和分散劑IS的共同作用下，能明顯地減少分散染料對羊毛的沾色現象，有效解決了毛/滌織物一浴法染色色牢度低的問題。

2.3 拼色樣實驗

2.3.1 拼色樣打樣結果

通過以上實驗確定了載體PEW、分散劑IS、勻染劑SE-5的最佳質量濃度，按照1.3.2染色實驗設計中拼色實驗，對市面上流行的淺咖、嫩綠、粉紅3種顏色進行拼色打樣，打樣染料配方如表2所示。

表2 拼色樣染料配方Tab.2 Color matching dye formula %(owf)

由表2可知，蘭納灑脫染料和分散染料通過適當配比，能成功拼出淺咖、嫩綠、粉紅3種顏色。就目前來說，對大多數中淺色織物的打樣較為可行；對一些深色如藏青，黑色等品種，蘭納灑脫染料和分散染料難以拼出理想的顏色效果，且染料用量較大，建議使用傳統(tǒng)酸性染料染色。

2.3.2 拼色樣性能測試

對3個拼色樣淺咖、嫩綠、粉紅的色牢度測試結果如表3所示。由表3可知，淺咖、嫩綠、粉紅3個拼色樣染后各項色牢度均達到4級，個別達到4～5級，已完全達到實際生產的要求。說明一浴法染色工藝不止對于單色可行，對于大多數淺色鮮亮的顏色，也能經過打樣、一浴法染色，達到理想的顏色效果，且各項指標合格。

表3 拼色樣色牢度測試結果

2.4 一浴法與二浴法染色效果的比較

2.4.1 染后色牢度

選取天藍和橙色2種顏色作為對比，按照1.3所設計的染色實驗對毛/滌混紡織物分別進行一浴法和二浴法染色，染后色牢度測試結果見表4。

表4 一浴法和二浴法色牢度測試結果

如表4所示，天藍和橙色2種顏色色牢度測試指標都達到4級或4級以上，2種染色工藝總體上無多大差別，都達到實際生產的要求。二浴法所染織物較為鮮艷，而一浴法所染織物的光澤則更為柔和。值得一提的是，由于一浴法染色中載體PEW、分散劑IS、勻染劑SE-5的協(xié)同作用效果顯著，低溫染色滌綸上染百分率高，羊毛沾色的現象少，所以一浴法染色工藝流程還省去了加皂洗劑還原清洗這一步驟，進一步降低了企業(yè)的生產成本。

2.4.2 生產成本

生產成本是染整企業(yè)最關心的問題之一，本文一浴法染色實驗設計已在工廠實際應用了一段時間，由于一浴法與二浴法在染料和助劑上消耗差別不大，所以在只考慮水電氣消耗的情況下，按照生產1 t毛/滌混紡織物計算，對2種染色工藝的生產成本進行統(tǒng)計比較，結果見表5。

由表5可看出，生產1 t毛/滌50/50混紡織物，可節(jié)約水電氣86元，大約是二浴法染色消耗費用的1/3，極大降低了企業(yè)生產成本。此外，常規(guī)二浴法染色需要7 h，而一浴法染色只需要5 h，縮短染色時間2 h。若1個月工作22天，一浴法染色工藝可多生產30 t面料，這就意味著企業(yè)可多產生30 t面料的利潤，并且節(jié)約成本約 9 000元。因此，一浴法染色工藝對染整企業(yè)節(jié)能減耗，提高行業(yè)競爭力有著十分重要的意義。